宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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