宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在(z厦门是几线城市呢ài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)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(yì)大利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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