宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，3踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮8万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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