宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效h2so4是什么化学名称怎么读，hno3是什么化学名称果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)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(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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