宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不(bù)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(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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