宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(w塞舌尔属于哪个国家的城市，塞舌尔是什么国家éi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(me塞舌尔属于哪个国家的城市，塞舌尔是什么国家n)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū塞舌尔属于哪个国家的城市，塞舌尔是什么国家)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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