宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有德先生赛先生指的是什么人，五四运动德先生赛先生指的是什么发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。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(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当(德先生赛先生指的是什么人，五四运动德先生赛先生指的是什么dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)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(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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