宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思)，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的(de)目标绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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