宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质(zh苹果app内购买什么意思 苹果app内购买项目可以关闭吗ì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，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)过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，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(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人苹果app内购买什么意思 苹果app内购买项目可以关闭吗类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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