宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)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%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(z50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间ǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(sh50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间ì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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