宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)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(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

一方水等于多少升，一方水等于多少升水type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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