宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)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(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)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(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字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。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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