宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当公交车爱心卡是什么人用的卡啊 公交车爱心卡可以让给别人用吗中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验(公交车爱心卡是什么人用的卡啊 公交车爱心卡可以让给别人用吗yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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