宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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