宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(安徒生童话的作者叫什么名字，安徒生童话的作者简介xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至安徒生童话的作者叫什么名字，安徒生童话的作者简介目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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