宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不根号20等于多少 化简 根号怎么算(bù)符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(ni根号20等于多少 化简 根号怎么算ú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)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。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)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(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

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(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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