宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)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(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢所组成，类似这样的星团(tuán)，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(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)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(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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