宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)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(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)根号20等于多少 化简 根号怎么算光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān根号20等于多少 化简 根号怎么算)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰(pè根号20等于多少 化简 根号怎么算ng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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