宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星(x吹埙为什么不吉利 吹埙是有氧运动吗īng)系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài吹埙为什么不吉利 吹埙是有氧运动吗)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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