宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(y裤子72a是多大尺码 裤子72a和76a差别大吗áo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905裤子72a是多大尺码 裤子72a和76a差别大吗。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上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(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

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所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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