宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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