宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn邵阳学院是几本大学)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng邵阳学院是几本大学)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

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(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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