宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘电池充到80好还是100好 充电到80真的能保护电池吗的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。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性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)电池充到80好还是100好 充电到80真的能保护电池吗的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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