宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dān网络语言牛马是什么意思，什么牛马是什么意思网络语言g)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)网络语言牛马是什么意思，什么牛马是什么意思网络语言上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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