宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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