宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这太原市长热线电话是多少号，太原市长热线电话号码查询99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的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)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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