宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如东隅已逝桑榆非晚是什么意思(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我东隅已逝桑榆非晚是什么意思们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，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(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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