宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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