宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)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部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢进退维谷的意思解释，进退维谷的意思和造句(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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