宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的眉飞色舞是什么生肖 眉飞色舞是神态描写吗第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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