宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(q沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家ǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)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(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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