宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí谬赞是什么意思啊 缪赞和谬赞的区别是什么)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(z谬赞是什么意思啊 缪赞和谬赞的区别是什么i)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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