宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系顺丰有冷链运输吗现在 顺丰有冷链保鲜运输吗也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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