宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，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(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费诸事顺遂下一句是什么意思，最吉祥的八个字句子米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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