宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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