宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)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)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则(z苏州市相城区邮编是多少é)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dà苏州市相城区邮编是多少o)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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