宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)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，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)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)相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格硝酸锌化学式，硝酸锌化学式怎么写兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu硝酸锌化学式，硝酸锌化学式怎么写)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心(x硝酸锌化学式，硝酸锌化学式怎么写īn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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