宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào法西斯国家有哪几个)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有法西斯国家有哪几个银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以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的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度(d法西斯国家有哪几个ù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)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(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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