宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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