宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)春夏秋冬春为首下联是什么，春夏秋冬春为首下联怎么对于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观春夏秋冬春为首下联是什么，春夏秋冬春为首下联怎么对测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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