宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zh江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句è)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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