宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒我的贤内助是什么意思，贤内助是什么意思啊星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de我的贤内助是什么意思，贤内助是什么意思啊)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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