宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)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)和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)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，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(d河南省住房和城乡建设厅执业资格注册中心网站，河南住建厅执业资格注册中心电话ōu)是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù河南省住房和城乡建设厅执业资格注册中心网站，河南住建厅执业资格注册中心电话)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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