宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)蝇营狗苟是什么意思 蝇营狗苟下一句同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。蝇营狗苟是什么意思 蝇营狗苟下一句而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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