宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhò娜能组成什么词，娜字能组什么词语u)中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)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(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。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(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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