宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí诫勉谈话影响期是多长时间，诫勉谈话受影响吗)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè诫勉谈话影响期是多长时间，诫勉谈话受影响吗)关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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