宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(疫情转段是什么意思，中专转段是什么意思yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(d疫情转段是什么意思，中专转段是什么意思e)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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