宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(日本人知道我们恨他们吗，日本认为中国强大吗lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光日本人知道我们恨他们吗，日本认为中国强大吗年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)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景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)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(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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