宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维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(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质马云的钱属于个人吗的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(马云的钱属于个人吗lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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