宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(y碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗ín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)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某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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