宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)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在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜作出指示和做出指示区别在哪，作出指示还是做出效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

作出指示和做出指示区别在哪，作出指示还是做出a-type="jpeg" data-w="1545" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/8743f9db0f4ec1b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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