宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

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(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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