宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量(l纯银手镯品牌排行榜前十名，中国纯银首饰十大品牌iàng)后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)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(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē纯银手镯品牌排行榜前十名，中国纯银首饰十大品牌)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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