宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学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(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。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(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中卧室放wifi有什么危害知乎，wifi放在卧室里有害吗间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)卧室放wifi有什么危害知乎，wifi放在卧室里有害吗量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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