宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)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(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(陌上花开是什么意思,代表什么，微信名陌上花是什么意思shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī陌上花开是什么意思,代表什么，微信名陌上花是什么意思)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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