宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在18外面黑里面粉会介意吗，为啥我对象外面黑的里面发红46年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星(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(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观外面黑里面粉会介意吗，为啥我对象外面黑的里面发红(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式外面黑里面粉会介意吗，为啥我对象外面黑的里面发红(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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