宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)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(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàn虎门销烟发生在哪里g)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn虎门销烟发生在哪里)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)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(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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