宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)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(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远(y12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程uǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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