宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互(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(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什十二生肖中张牙舞爪是哪些动物么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年十二生肖中张牙舞爪是哪些动物都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)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(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这十二生肖中张牙舞爪是哪些动物种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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