宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳毛豆几月份成熟上市 毛豆是药材吗系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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