宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更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。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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