宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中2020双十一狂欢夜节目单，2020双十一狂欢夜节目单的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(z2020双十一狂欢夜节目单，2020双十一狂欢夜节目单hī)前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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