宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或中国人在俄罗斯安全吗，中国人在俄罗斯怎么样者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为止中国人在俄罗斯安全吗，中国人在俄罗斯怎么样最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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