宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团(tuán嘉峪关诗句最出名的句子，嘉峪关诗句名句赞美)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(嘉峪关诗句最出名的句子，嘉峪关诗句名句赞美yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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