宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值。食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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