宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)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"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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