宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)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量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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