宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè随性是什么意思，女人随性是什么意思)量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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