宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(t粗犷，粗旷和粗犷区别在哪òu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而粗犷，粗旷和粗犷区别在哪是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì粗犷，粗旷和粗犷区别在哪)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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