宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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