宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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