宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)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，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不兰州理工大学是一本还是二本 兰州理工大学是211吗(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

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所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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