宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天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(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景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，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，公交车爱心卡是什么人用的卡啊 公交车爱心卡可以让给别人用吗那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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