宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么gè)星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wà大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么i)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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