宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(当日事当日毕什么意思，今日事今日毕,勿将今事待明日lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(当日事当日毕什么意思，今日事今日毕,勿将今事待明日nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)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(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗当日事当日毕什么意思，今日事今日毕,勿将今事待明日物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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