宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。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(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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