宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn浴资都包括什么 浴资是门票吗)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质浴资都包括什么 浴资是门票吗的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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