宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)中国十大文武学校哪间好，中国十大文武学校排行榜度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度中国十大文武学校哪间好，中国十大文武学校排行榜的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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