宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)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(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生四大哲学流派有哪些 四大哲学流派是什么意思的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔(四大哲学流派有哪些 四大哲学流派是什么意思ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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