宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。<饺子冻成一坨了怎么吃，饺子冻成一坨了怎么吃才好吃/p>

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一饺子冻成一坨了怎么吃，饺子冻成一坨了怎么吃才好吃。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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