宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(l俯首甘为孺子牛的含义是什么意思，俯首甘为孺子牛的上句是什么ì)定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，俯首甘为孺子牛的含义是什么意思，俯首甘为孺子牛的上句是什么科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)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)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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