宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)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(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星什么的阳光填合适的词 阳光恰当的词语有哪些际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体什么的阳光填合适的词 阳光恰当的词语有哪些所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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