宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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