宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)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)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星王宝强学历，王宝强不是84年的吗(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)王宝强学历，王宝强不是84年的吗家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，王宝强学历，王宝强不是84年的吗发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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