宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地卧室放wifi有什么危害知乎，wifi放在卧室里有害吗下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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