宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(d树荫和树阴的区别读音，树荫和树阴的区别树成荫是哪个阴e)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所树荫和树阴的区别读音，树荫和树阴的区别树成荫是哪个阴(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng树荫和树阴的区别读音，树荫和树阴的区别树成荫是哪个阴)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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