宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区大冤种什么意思，大冤种和大怨种区别域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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