宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng压缩面膜和普通面膜哪个好，牛奶泡压缩面膜可以天天用吗)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只(zhǐ压缩面膜和普通面膜哪个好，牛奶泡压缩面膜可以天天用吗)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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