宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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