宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(me地肖指哪几个生肖？n)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，地肖指哪几个生肖？隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)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(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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