宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(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(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒn文章真实身高，文章个人资料简介g)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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