宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

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的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)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(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就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)什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个(gè)实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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