宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在184圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗6年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是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(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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