宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn都没戴口罩2米安全吗，不戴口罩2米的距离安全吗)都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(都没戴口罩2米安全吗，不戴口罩2米的距离安全吗qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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