宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933五线谱中leggiero是什么意思，五线谱里的legato年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)五线谱中leggiero是什么意思，五线谱里的legato计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ五线谱中leggiero是什么意思，五线谱里的legato)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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