宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù无人值守尿素加注机 尿素加注机工作原理)质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景无人值守尿素加注机 尿素加注机工作原理辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)无人值守尿素加注机 尿素加注机工作原理的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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