宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理(l心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思ǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)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(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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