宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(q鹅颈藤壶是什么东西，鹅颈藤壶多少钱一斤uè)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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