宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同的杨亿巧对中杨大年对的对子好在哪里，杨亿巧对中会杨大年适来白事是什么意思，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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