宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn学跆拳道考级国家认可吗知乎，学跆拳道考级国家认可吗女生)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(x学跆拳道考级国家认可吗知乎，学跆拳道考级国家认可吗女生uě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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