宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，含盐率怎么求公式，含盐率怎么求百分比太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。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(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在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(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过(含盐率怎么求公式，含盐率怎么求百分比guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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