宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn厦门面积多少万平方公里，厦门岛内多大面积)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(gu厦门面积多少厦门面积多少万平方公里，厦门岛内多大面积万平方公里，厦门岛内多大面积ān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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