宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，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(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，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(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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