宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)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(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗(à绥化去年疫情 绥化是几线城市n)物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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