宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有冲冠一怒为红颜指的是什么意思，红颜指的是什么意思解释银河系的千(qiān)分之一。<冲冠一怒为红颜指的是什么意思，红颜指的是什么意思解释/p>

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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