宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de莫衷一是什么意思 莫衷一是是褒义还是贬义)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，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(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部莫衷一是什么意思 莫衷一是是褒义还是贬义(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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