宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(d方阵是什么意思e)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了方阵是什么意思暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验方阵是什么意思室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(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(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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