宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì安徽合肥瑶海区疫情最新消息 安徽是南方还是北方)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)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。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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