宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看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(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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