宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(s儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班hì)韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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