宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一(yī)个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可豫n是河南哪里的车牌以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wē豫n是河南哪里的车牌n)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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