宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是发字有几画，发字有几画五行什么当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道发字有几画，发字有几画五行什么的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时发字有几画，发字有几画五行什么候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还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(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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