宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种岭南大学位置在哪里啊，岭南大学在哪个城市相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系(xì)岭南大学位置在哪里啊，岭南大学在哪个城市当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)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(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需(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(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(岭南大学位置在哪里啊，岭南大学在哪个城市suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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