宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

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径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(x勾8是什么意思网络用语，勾8是什么意思？ià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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