宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè卅是什么意思，卅是什么意思,读音)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)卅是什么意思，卅是什么意思,读音量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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