宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。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(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所平凡的世界主要内容概括简短，平凡的世界主要内容50字有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球平凡的世界主要内容概括简短，平凡的世界主要内容50字上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，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(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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