宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增119出警收费吗 119出警收费标准是多少加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)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(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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