宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn历久弥新 什么意思，历久弥新后面一句是什么)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地历久弥新 什么意思，历久弥新后面一句是什么穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒn历久弥新 什么意思，历久弥新后面一句是什么g)粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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