宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速中国哪里的莲子最好吃度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数(sh中国哪里的莲子最好吃ù)量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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