宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng天润奶啤有度数吗，天润奶啤千万别喝)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存天润奶啤有度数吗，天润奶啤千万别喝在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà天润奶啤有度数吗，天润奶啤千万别喝)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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