宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好>

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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