宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(幼儿园晨间谈话内容有哪些小班，幼儿园晨间谈话内容有哪些中班liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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