宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公买东西有必要等双11吗，618和双11双12哪个便宜里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情买东西有必要等双11吗，618和双11双12哪个便宜(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了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，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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