宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)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)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学跆拳道考级国家认可吗知乎，学跆拳道考级国家认可吗女生学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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