宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除贵州海拔高度是多少了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系(贵州海拔高度是多少xì)中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(贵州海拔高度是多少zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其(qí)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(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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