宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)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或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们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作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè曼妙是什么意思解释，身姿曼妙是什么意思)个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物曼妙是什么意思解释，身姿曼妙是什么意思质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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