宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，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(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存(c小兔子被蛇用两根WRITEAS，小兔子被蛇用两根做了ún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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