宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在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(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在艺高人胆大什么意思打一生肖，艺高人胆大什么意思 说明人有较强动机的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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