宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“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在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)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(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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