宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方(f说一个人不上道是什么意思，不上道是什么意思？āng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì说一个人不上道是什么意思，不上道是什么意思？)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学(x说一个人不上道是什么意思，不上道是什么意思？ué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)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论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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