宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yà黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月ng)极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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