宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(z朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思hè)个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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