宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

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除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōn侄子的老婆叫什么 姐姐的儿子是叫侄子吗g)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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