宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé事与愿违下一句是什么 事与愿违是什么意思)学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de事与愿违下一句是什么 事与愿违是什么意思)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更事与愿违下一句是什么 事与愿违是什么意思遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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