宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)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，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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