宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则全的偏旁还有什么字，全的偏旁还有什么字再组词直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的全的偏旁还有什么字，全的偏旁还有什么字再组词周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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