宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星美团的肯德基会员卡收费吗多少钱 肯德基办会员要钱吗系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，美团的肯德基会员卡收费吗多少钱 肯德基办会员要钱吗这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(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(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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