宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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