宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的(dAVERAGE函数是什么意思，计算机average函数是什么意思e)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

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

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guAVERAGE函数是什么意思，计算机average函数是什么意思āng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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