宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)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(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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