宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量结婚以后他那个越来越大了各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明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(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zh结婚以后他那个越来越大了ǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(结婚以后他那个越来越大了dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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