宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)朵朵野花什么微风在田野里什么 朵朵野花迎着微风在田野里翩翩起舞是拟人句吗时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hò朵朵野花什么微风在田野里什么 朵朵野花迎着微风在田野里翩翩起舞是拟人句吗u)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，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(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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