宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàn翼年代记和百变小樱有什么关系么 翼年代记是悲剧吗g)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提(t翼年代记和百变小樱有什么关系么 翼年代记是悲剧吗í)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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