宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiān发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系g)同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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