宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一岭南大学位置在哪里啊，岭南大学在哪个城市(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(j岭南大学位置在哪里啊，岭南大学在哪个城市ì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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