宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)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(dà)的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除琪琪格蒙语什么意思此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)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)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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