宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(y48k纸是多少厘米 48k纸是a4纸的一半吗ǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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