宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

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于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被(获利指数计算公式 获利指数和现值指数一样吗bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室获利指数计算公式 获利指数和现值指数一样吗正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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