宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小世界上女性最开放的是哪个国家和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cú世界上女性最开放的是哪个国家n)在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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