宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)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(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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