宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)九年一贯制教育是什么意思啊，九年一贯制啥意思见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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