宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn香炉里面放什么东西插香 香炉里面可以放大米吗)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器香炉里面放什么东西插香 香炉里面可以放大米吗(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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