宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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