宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)速溶黑咖啡粉是纯咖啡吗，黑咖啡配料表写着速溶咖啡粉些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yu速溶黑咖啡粉是纯咖啡吗，黑咖啡配料表写着速溶咖啡粉è)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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