宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàn桂l车牌是哪里 桂L车牌号城市代号g)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng桂l车牌是哪里 桂L车牌号城市代号)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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