宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(k家雀是国家几级保家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗护动物 大山雀是国家二级保护动物吗ě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)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探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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