宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)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(zài)星系团内的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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