宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上(shàng)府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(d府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀e)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)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(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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