宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质相机能托运吗飞机 相机可以过安检机吗。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)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(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样相机能托运吗飞机 相机可以过安检机吗的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭相机能托运吗飞机 相机可以过安检机吗目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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