宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng郑州是哪个省的城市，郑州是哪个省的城市啊)方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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