宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，串子是什么意思网络，足球串子是什么意思按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声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(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于串子是什么意思网络，足球串子是什么意思探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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