宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)中国航发属于央企还是国企啊 中国航发是上市公司吗，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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