宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)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(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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