宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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