宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)高中学费一年大概多少钱，高中学费一个学期多少钱示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片高中学费一年大概多少钱，高中学费一个学期多少钱中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温(高中学费一年大概多少钱，高中学费一个学期多少钱wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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