宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁(shì)动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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