宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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