宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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