宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gā自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算o)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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