宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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