宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì宰相的宰最早指什么官职答案，宰相的宰最早指什么意思)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)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(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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