宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起宰相的宰最早指什么官职答案，宰相的宰最早指什么意思。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàn宰相的宰最早指什么官职答案，宰相的宰最早指什么意思g)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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