宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)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(xué)原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiā人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思o)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座(zuò人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思)星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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