宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)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(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行如何辨别精油的好坏 精油可以当做润滑油使用吗(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所如何辨别精油的好坏 精油可以当做润滑油使用吗观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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