宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是(shì铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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