宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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