宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)红十字会三救三献是什么 红十字会是公务员还是事业编以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xi红十字会三救三献是什么 红十字会是公务员还是事业编ào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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