宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量中通中转站一般会停多久的车 快递中转站一般会停多久。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(中通中转站一般会停多久的车 快递中转站一般会停多久xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当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)可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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