宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo头发剪了后悔了大概多久能长回来，3天头发长10厘米秘诀)的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēn头发剪了后悔了大概多久能长回来，3天头发长10厘米秘诀g)离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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