宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当(dān揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音g)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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