宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

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

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎn你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思g)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)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(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思>

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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