宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(s香炉里面放什么东西插香 香炉里面可以放大米吗hēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

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据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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