宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。三衢道中古诗曾几的几,怎么读，曾几的三衢道中的意思p>

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙三衢道中古诗曾几的几,怎么读，曾几的三衢道中的意思(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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