宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(l筑梦未来是什么意思，锦时筑梦是什么意思iàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么来(l筑梦未来是什么意思，锦时筑梦是什么意思ái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能筑梦未来是什么意思，锦时筑梦是什么意思(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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