宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū东南亚有几个国家 东南亚是泰国吗)域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(s东南亚有几个国家 东南亚是泰国吗hì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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