宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，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(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。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但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大(dà)利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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