宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙1h等于多长时间怎么算，1h等于多少时间德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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