宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tà日本最想干掉的国家，日本最恨哪个国家i)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，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(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)日本最想干掉的国家，日本最恨哪个国家，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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