宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(h如何辨别精油的好坏 精油可以当做润滑油使用吗ǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可如何辨别精油的好坏 精油可以当做润滑油使用吗以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(z如何辨别精油的好坏 精油可以当做润滑油使用吗hǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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