宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(y日语jtest报名入口，日语jtest报名费uán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)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(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

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所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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