宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质im医学上是什么意思量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时im医学上是什么意思(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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