宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意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(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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