宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)送筷子的寓意是什么,送筷子是什么意思 筷子送合作伙伴的寓意和理由上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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