宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了虎门销烟发生在哪里，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè虎门销烟发生在哪里)可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)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(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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