宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来精益求精下一句是什么意思，精益求精下一句是什么德(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xu精益求精下一句是什么意思，精益求精下一句是什么德án)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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