宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)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存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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