宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星兰州大学电子邮箱地址，兰州大学邮箱入口团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地兰州大学电子邮箱地址，兰州大学邮箱入口方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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