宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)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(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(l复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思iàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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