宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)连云港灌南邮编号是多少哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)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)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)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(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰连云港灌南邮编号是多少撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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