宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发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(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán《人民的名义》陈海是被谁暗算了 人民的名义是真实改编的吗)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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