宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(中通中转站一般会停多久的车 快递中转站一般会停多久nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(中通中转站一般会停多久的车 快递中转站一般会停多久suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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