宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)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(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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