宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(su大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别ǒ)没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(x大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别ué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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