宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、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(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ乌克兰有中国人吗，在乌克兰的中国人安全吗)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(乌克兰有中国人吗，在乌克兰的中国人安全吗kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)乌克兰有中国人吗，在乌克兰的中国人安全吗一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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