宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wà生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写i)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇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(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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