宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(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。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎ施为什么读yi什么意思，施怎么读啊n)在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造施为什么读yi什么意思，施怎么读啊生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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