宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(m琪琪格蒙语什么意思ǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)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(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn琪琪格蒙语什么意思)分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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