宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)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(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度中国东八区有哪些城市 整个中国都在东八区吗上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律。

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所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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