宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(新联会是事业编制吗 加入新联会很厉害吗shí)验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“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(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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