宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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