宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng俄罗斯人人均寿命，俄罗斯人寿命平均多少)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(俄罗斯人人均寿命，俄罗斯人寿命平均多少jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中(zhōng俄罗斯人人均寿命，俄罗斯人寿命平均多少)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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