宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)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(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)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(zhì)的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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