宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)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(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完哥哥的日文怎么念，哥哥的日文中文谐音全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

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所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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