宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕浙f车牌号是哪个城市 浙J车牌号是哪个城市太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(é浙f车牌号是哪个城市 浙J车牌号是哪个城市r)在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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