宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xu六加一等于几是什么梗，抖音六加一是什么意思é)的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就(六加一等于几是什么梗，抖音六加一是什么意思jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(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(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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