宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng秋肖是指哪几个生肖，十二生肖北方生肖有哪些)向是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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