宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量不动声色的意思是什么解释，不动声色的意思是什么(最佳答案)(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)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(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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