宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(z10万元在朝鲜算有钱吗，在朝鲜买一套房多少钱hì)量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了10万元在朝鲜算有钱吗，在朝鲜买一套房多少钱这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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