宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得(dé)阻抗实部虚部是什么意思，实部虚部是什么意思啊其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(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(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(阻抗实部虚部是什么意思，实部虚部是什么意思啊shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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