宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)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(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相反。其远而无所至极邪的邪怎么读音，卯怎么读音>

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(其远而无所至极邪的邪怎么读音，卯怎么读音shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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