宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我(w琅琊榜霓凰为什么嫁给聂铎 言豫津最后娶宫羽了吗ǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，琅琊榜霓凰为什么嫁给聂铎 言豫津最后娶宫羽了吗对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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