宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)苹果xr重量为多少g天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kā苹果xr重量为多少gi)始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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