宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de张柏芝第三胎和谁生的，张柏芝第三胎和谁生的是谢贤吗)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收张柏芝第三胎和谁生的，张柏芝第三胎和谁生的是谢贤吗集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，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发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zh张柏芝第三胎和谁生的，张柏芝第三胎和谁生的是谢贤吗è)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)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(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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