宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(黑头导出液是智商税吗，刷酸后黑头全冒出来了可以挤吗shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)黑头导出液是智商税吗，刷酸后黑头全冒出来了可以挤吗的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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