宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)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，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗辍学是什么意思？拼音，缀学和辍学是什么意思物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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