宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周晓丹小仙女身高 晓丹是什么世界冠军围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de晓丹小仙女身高 晓丹是什么世界冠军)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)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多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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