宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种秋肖是指哪几个生肖，十二生肖北方生肖有哪些说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(d秋肖是指哪几个生肖，十二生肖北方生肖有哪些ìng)律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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