宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们(men)地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)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(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn什么是等量关系式，什么是等量关系四年级)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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