宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài虎门销烟发生在哪里)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过虎门销烟发生在哪里什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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