宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)女人婚外情会断干净吗，女人婚外情能说断就断吗星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

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所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guān女人婚外情会断干净吗，女人婚外情能说断就断吗g)年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)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(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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