宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号人民币大写怎么写0到10，汉字大写怎么写0到10。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ人民币大写怎么写0到10，汉字大写怎么写0到10)中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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