宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引c43排列组合公式怎么算，c43排列组合公式意义yle='color: #ff0000; line-height: 24px;'>c43排列组合公式怎么算，c43排列组合公式意义力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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