宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发关一下月亮是什么意思现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì关一下月亮是什么意思)团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速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(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)关一下月亮是什么意思是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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