宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间特朗普是哪个党派的 特朗普是美国第几任中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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