宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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