宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学周冬雨高考成绩是多少分，周冬雨高考分数是多少定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zh周冬雨高考成绩是多少分，周冬雨高考分数是多少òu)当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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