宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chācos180°是多少，cos180度等于多少o)过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是(shì)根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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