宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引利口酒是什么意思，利口酒可以直接喝吗力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)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(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，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(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建利口酒是什么意思，利口酒可以直接喝吗立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至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(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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