宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐ英红九号是名茶吗，英九红茶叶价格一览表n)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)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(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(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(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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