宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的(de)人(rén)们对这样现在女性多少岁可以领养老金 领养老金的年龄是多少(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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