宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子台积电是做什么的，台湾台积电是什么意思(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。台积电是做什么的，台湾台积电是什么意思为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)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(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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