宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dān但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思g)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同(t但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思óng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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