宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wé文章真实身高，文章个人资料简介n)学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)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(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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