宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)武警能打过特警吗中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)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(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证武警能打过特警吗(zhèng)实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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