宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”小卖部一天卖1000利润多少，一个小卖部一天卖1000能赚多少？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)小卖部一天卖1000利润多少，一个小卖部一天卖1000能赚多少量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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