宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量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(yī)致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太传统体育项目有哪些 传统体育游戏有哪些空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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