宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

4开头的是哪个省，4打头身份证是哪里于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(s4开头的是哪个省，4打头身份证是哪里hì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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