宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，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(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在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一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)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(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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