宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)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(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的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就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体被(bèi儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhè儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班ng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)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(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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