宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，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(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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