宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。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(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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