宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàn初中女生800米成绩对照表，中考女子800米标准时间g)，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)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蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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