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)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星陈述句是什么意思举个例子说明，陈述句是什么意思？语文系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)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，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)陈述句是什么意思举个例子说明，陈述句是什么意思？语文的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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