宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，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(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(l行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音ǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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