宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂(b人次是指什么，人次是单位吗ì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(z人次是指什么，人次是单位吗hòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异人次是指什么，人次是单位吗也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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