宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(z怀瑾握瑜,嘉言懿行，嘉言懿行 怀瑾握瑜含义ī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàn怀瑾握瑜,嘉言懿行，嘉言懿行 怀瑾握瑜含义g)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)怀瑾握瑜,嘉言懿行，嘉言懿行 怀瑾握瑜含义属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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