宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)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(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量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(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音

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