宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间)就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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