宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨无法企及是什么意思，不可企及是什么意思克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。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遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的电磁无法企及是什么意思，不可企及是什么意思(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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