宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观(guān拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗)测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)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(xīn)的动力！

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