宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质世界上女性最开放的是哪个国家量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，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(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(l世界上女性最开放的是哪个国家iàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人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(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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