宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé魏承泽作品集 魏承泽一类的作者)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(魏承泽作品集 魏承泽一类的作者yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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