宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理台积电是做什么的，台湾台积电是什么意思论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一台积电是做什么的，台湾台积电是什么意思(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体台积电是做什么的，台湾台积电是什么意思遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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