宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎ刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗i)万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(l刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗iàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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