宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(g抚州市是哪个省的 抚州市是几线城市uāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照抚州市是哪个省的 抚州市是几线城市牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)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(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)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(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果抚州市是哪个省的 抚州市是几线城市(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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