宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些为什么梅西的人缘远比c罗好(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际为什么梅西的人缘远比c罗好气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。为什么梅西的人缘远比c罗好

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我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(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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