宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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