宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dān大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么g)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(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(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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