宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)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”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(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)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当什么的灯火如何填空词语 灯火是词语吗中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)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(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù什么的灯火如何填空词语 灯火是词语吗)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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