宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任山衔落日浸寒漪中的衔字是什么意思，衔的意思何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可山衔落日浸寒漪中的衔字是什么意思，衔的意思(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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