宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(su社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容àn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(t社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容ài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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