宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们(men商议的近义词是什么呢 标准答案，商议的近义词是什么呢二年级)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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