宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(l投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁í)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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