宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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