宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用像火花像蝴蝶段绍荣是谁杀的则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gè像火花像蝴蝶段绍荣是谁杀的ng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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