宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间mbb是什么公司，mbb是什么意思缩写(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)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(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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