宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(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。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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