宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(n唇炎吃什么维生素，唇炎吃什么维生素好ián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，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(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大唇炎吃什么维生素，唇炎吃什么维生素好质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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