宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)少儿频道主持人都有谁啊，少儿频道主持人叫什么名字了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质(zhì)存(c少儿频道主持人都有谁啊，少儿频道主持人叫什么名字ún)在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)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(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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