宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(日本男生姓名大全霸气，日本男生的姓名cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(日本男生姓名大全霸气，日本男生的姓名zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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