宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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