宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(句读之不知是什么句式类型，句读之不知是什么句式的意思gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

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(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。句读之不知是什么句式类型，句读之不知是什么句式的意思这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)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，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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