宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)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)些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lbd和hd哪个好，bd和蓝光有什么区别í)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反bd和hd哪个好，bd和蓝光有什么区别常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银bd和hd哪个好，bd和蓝光有什么区别河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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