宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方(订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)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(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋(xu订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚án)转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)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。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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