宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)相遇时间的公式 相遇时间怎么求变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度相遇时间的公式 相遇时间怎么求(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的相遇时间的公式 相遇时间怎么求天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)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(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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