宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基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组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(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星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿(翩跹和蹁跹的区别，翩跹和蹁跹拼音yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(t翩跹和蹁跹的区别，翩跹和蹁跹拼音è)芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)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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