宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guā广药董事长什么级别，广药集团董事长是什么级别n)测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(d广药董事长什么级别，广药集团董事长是什么级别é)到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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