宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距青涩的意思是啥，形容女人青涩的意思(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的8青涩的意思是啥，形容女人青涩的意思5%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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