宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)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(de)，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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