宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)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(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(ché一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗ng)就的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量都(一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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