宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm>

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。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能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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