宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第雪燕只泡了三四个小时可以煮吗，泡发好的雪燕一般煮多长时间二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，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量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意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(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季雪燕只泡了三四个小时可以煮吗，泡发好的雪燕一般煮多长时间节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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