宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(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(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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