宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么)差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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