宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上三字经中苟不教性乃迁是什么意思，苟不教性乃迁的下一句(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)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来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引三字经中苟不教性乃迁是什么意思，苟不教性乃迁的下一句力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值(三字经中苟不教性乃迁是什么意思，苟不教性乃迁的下一句zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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