宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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