宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)甘为人梯的意思是什么意思，甘为人梯出处中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàn甘为人梯的意思是什么意思，甘为人梯出处g)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)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，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(甘为人梯的意思是什么意思，甘为人梯出处le)40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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