宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(耐克折扣店是真的吗，街边的耐克折扣店是真的还是假的lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了耐克折扣店是真的吗，街边的耐克折扣店是真的还是假的20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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