宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)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将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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