宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学(远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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