宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我(宰相的宰最早指什么官职答案，宰相的宰最早指什么意思wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会宰相的宰最早指什么官职答案，宰相的宰最早指什么意思(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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