宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

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径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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