宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对初中女生800米成绩对照表，中考女子800米标准时间于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(x初中女生800米成绩对照表，中考女子800米标准时间īng)系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)初中女生800米成绩对照表，中考女子800米标准时间物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)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(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这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(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)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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