宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(s妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思hì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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