宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn古代陇西成纪是现在的哪里，陇西成纪怎么读)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理古代陇西成纪是现在的哪里，陇西成纪怎么读(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)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体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)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(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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