宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)脱销什么意思啊，什么叫做脱销的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发脱销什么意思啊，什么叫做脱销生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银脱销什么意思啊，什么叫做脱销河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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