宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也5k是多少钱 5k是什么意思让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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