宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞(zhu钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称àng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，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(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)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(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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