宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放)物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)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，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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