宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)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)万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质青岛农业大学专科在哪个校区，青岛农业大学专科在哪里？量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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