宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒg跟ml一样吗洗发水，g和ml有区别吗)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家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(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物g跟ml一样吗洗发水，g和ml有区别吗理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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