宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人<主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人/span>当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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