宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据过渡句是什么意思，过渡句是什么意思 举个例子pan style='color: #ff0000; line-height: 24px;'>过渡句是什么意思，过渡句是什么意思 举个例子收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)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，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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