宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的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)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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