宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)733是什么意思现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(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(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(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(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨733是什么意思大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng733是什么意思)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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