宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(东南亚有几个国家 东南亚是泰国吗jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽东南亚有几个国家 东南亚是泰国吗视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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