宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng但得夕阳无限好何须惆怅近黄昏什么意思啊，但得夕阳无限好,何须惆怅近黄昏——《楹联》)它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为但得夕阳无限好何须惆怅近黄昏什么意思啊，但得夕阳无限好,何须惆怅近黄昏——《楹联》是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)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(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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