宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句生对彼此特殊的效果，这江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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