宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)无色翡翠手镯什么价位合适 无色翡翠手镯值钱吗尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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