宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(scampus是什么意思 campus是国誉吗hì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是campus是什么意思 campus是国誉吗由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，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/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)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(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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