宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。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暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)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(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。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(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，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视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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