宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗稻草人的作者简介和主要内容，稻草人的作者简介20字星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系稻草人的作者简介和主要内容，稻草人的作者简介20字团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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