宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，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"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)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(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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