宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)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(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

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

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)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(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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