宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(g一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋ēn)据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也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(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标(biā一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋o)记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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