宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西岳飞满江红多少字不含标点，岳飞《满江红》多少字加标点的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地岳飞满江红多少字不含标点，岳飞《满江红》多少字加标点球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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