宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)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，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hò每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我u)的(de)二值图像进行连每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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