宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体敬备薄酌恭候光临是什么意思啊，敬备薄酌恭候光临的意思所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的(d敬备薄酌恭候光临是什么意思啊，敬备薄酌恭候光临的意思e)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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