宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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