宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)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(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，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(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性(x未置可否和不置可否的区别在哪，未置可否的置是什么意思ìng)的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìn未置可否和不置可否的区别在哪，未置可否的置是什么意思g)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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