宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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