宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)限制高消费坐飞机技巧 限制高消费真的坐不了飞机吗于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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