宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)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。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人x;'>国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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