宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是(shì句读之不知是什么句式类型，句读之不知是什么句式的意思)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，句读之不知是什么句式类型，句读之不知是什么句式的意思在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)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(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力(lì)！

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