宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(吴越的现任丈夫是谁 吴越没有结婚吗yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīn吴越的现任丈夫是谁 吴越没有结婚吗g)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)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(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的(de)动力！

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