宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)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(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来(láfio2吸氧浓度计算公式中的4是什么意思，氧合指数的计算公式i)解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会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，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人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(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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