宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们(men)看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质十二生肖的酉是什么动物呢，酉的生肖是什么生肖的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对十二生肖的酉是什么动物呢，酉的生肖是什么生肖现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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