宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

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(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xià1mol等于多少克怎么算，0.1mol等于多少克n)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差1mol等于多少克怎么算，0.1mol等于多少克异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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