宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家)质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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