宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超(c2022年非诚勿扰官网报名方式，相亲节目报名入口hāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hó2022年非诚勿扰官网报名方式，相亲节目报名入口ng)色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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