宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué夺笋啊是什么意思网络用语，夺笋啊是什么意思网络用语怎么说)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gā夺笋啊是什么意思网络用语，夺笋啊是什么意思网络用语怎么说i)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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