宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相四川地震最新消息今天，20分钟前四川刚刚发生地震(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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