宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科新联会是事业编制吗 加入新联会很厉害吗学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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