宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(t切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天ā)们(men)就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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