宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量(la4纸一半大的照片是几寸的啊，a4的一半大小的照片是什么尺寸iàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。a4纸一半大的照片是几寸的啊，a4的一半大小的照片是什么尺寸p>

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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