宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yò毛豆几月份成熟上市 毛豆是药材吗毛豆几月份成熟上市 毛豆是药材吗pan>ng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn毛豆几月份成熟上市 毛豆是药材吗)的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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