宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。我花开后百花杀的寓意好吗，待到秋来九月八 我花开后百花杀的寓意>

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(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，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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