宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团(特利迦奥特曼的脚底痒怎么办，奥特曼的脚怕痒吗tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人特利迦奥特曼的脚底痒怎么办，奥特曼的脚怕痒吗们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)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，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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