宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。2两白酒是多少ml 二两酒五个小时还会吹出来吗但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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