宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就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(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，3三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积8万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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