宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验(yà平添和凭添哪个正确，平添的添是什么意思n)，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到(dào)底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一平添和凭添哪个正确，平添的添是什么意思台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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