宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì肉夹馍可以带上飞机吗，肉夹馍可以带上飞机吗国内)子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)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，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今肉夹馍可以带上飞机吗，肉夹馍可以带上飞机吗国内(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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