宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释解是多音字吗怎么读，解字是多音字都有什么音暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(解是多音字吗怎么读，解字是多音字都有什么音qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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