宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，秋处露秋寒霜降是指哪六个节气？ 秋处露秋寒霜降是哪首诗巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)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转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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