宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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