宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)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，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，田井读什么字，畊和耕的区别一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(d田井读什么字，畊和耕的区别e)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hà田井读什么字，畊和耕的区别o)，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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