宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据2018年中秋节是几月几号，2018年中秋节是哪一天阳历此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离2018年中秋节是几月几号，2018年中秋节是哪一天阳历为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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