宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(w上尉是什么级别，上尉是连长还是营长àn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如上尉是什么级别，上尉是连长还是营长果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(上尉是什么级别，上尉是连长还是营长yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，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(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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