宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的紫菜是不是海鲜证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(sh紫菜是不是海鲜ǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎紫菜是不是海鲜被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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