宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)184唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥6年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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