宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，云肖是哪几个生肖 云属于什么生肖瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)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)支持是我更新的动力(lì)！

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