宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会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(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却(qu2022年非诚勿扰官网报名方式，相亲节目报名入口è)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)2022年非诚勿扰官网报名方式，相亲节目报名入口现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)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，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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