宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài写柔柳的四字词语有哪些，写春雨的四字词语)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致写柔柳的四字词语有哪些，写春雨的四字词语，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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