宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动书名号之间有没有标点符号，书名号之间有标点符号么的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(z书名号之间有没有标点符号，书名号之间有标点符号么hì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有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(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同(tóng)书名号之间有没有标点符号，书名号之间有标点符号么。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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