宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质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(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zh网络上说的310什么意思，网络上说的310什么意思啊ōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远网络上说的310什么意思，网络上说的310什么意思啊镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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