宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当环境污染有哪些方面，环境污染有哪些英语中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光环境污染有哪些方面，环境污染有哪些英语年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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