宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(ch四川地震最新消息今天，20分钟前四川刚刚发生地震ǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)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(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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