宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(h议论文论点论据论证是什么意思，论点论据论证是什么意思举例子uò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外(w议论文论点论据论证是什么意思，论点论据论证是什么意思举例子ài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(议论文论点论据论证是什么意思，论点论据论证是什么意思举例子yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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