宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zh我国最穷的5个城市，哪一个省最穷ì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)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(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是我国最穷的5个城市，哪一个省最穷(shì)这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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