宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)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(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，分压公式是什么，分压公式是什么意思在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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