宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有大使相当于什么级别的干部 大使的级别是部级吗引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de大使相当于什么级别的干部 大使的级别是部级吗)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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