宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5黥刑是什么刑罚 黥刑是轻刑还是重刑亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结黥刑是什么刑罚 黥刑是轻刑还是重刑果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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