宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dā德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷ng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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