宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(z徐海为是谁？é)直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超(chā徐海为是谁？o)过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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