宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分禧与喜的区别是什么，喜字logo设计之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(禧与喜的区别是什么，喜字logo设计lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里禧与喜的区别是什么，喜字logo设计有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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