宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的生于忧患死于安乐意思相近的名言，生于忧患死于安乐意思10字，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片生于忧患死于安乐意思相近的名言，生于忧患死于安乐意思10字中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，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，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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