宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)曼妙是什么意思解释，身姿曼妙是什么意思中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(l曼妙是什么意思解释，身姿曼妙是什么意思ì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森曼妙是什么意思解释，身姿曼妙是什么意思斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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