宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

青少年是几岁到几岁了 20岁还能叫少年吗

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，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(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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