宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)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中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的(de)妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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