宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科(k600毫升等于多少斤水，800ml是多少水ē)学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观600毫升等于多少斤水，800ml是多少水测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这600毫升等于多少斤水，800ml是多少水可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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