宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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