宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，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(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方字母圈什么意思 字母圈都是怎么找到的式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)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(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗(à字母圈什么意思 字母圈都是怎么找到的n)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，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，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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