宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài祈使句例子英语，祈使句例子10个)星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND祈使句例子英语，祈使句例子10个蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)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(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份祈使句例子英语，祈使句例子10个，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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