宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de公安协警工资多少，公安协警怎么样)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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