宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài四大哲学流派有哪些 四大哲学流派是什么意思)数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力四大哲学流派有哪些 四大哲学流派是什么意思透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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