宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de相遇时间的公式 相遇时间怎么求)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在相遇时间的公式 相遇时间怎么求(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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