宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

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除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(g上海梅林和中粮梅林的区别 中粮和梅林哪个更好uān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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