宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè23岁属什么生肖'color: #ff0000; line-height: 24px;'>23岁属什么生肖)个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)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)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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