宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的没有港口是永远的停留的寓意是什么 集装箱到港口可以停留多长时间质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)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(bù)影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(没有港口是永远的停留的寓意是什么 集装箱到港口可以停留多长时间bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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