宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物(w导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗ù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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