宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星为什么复兴号很少人买系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

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除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了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(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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