宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

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

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)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(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作嘉峪关诗句最出名的句子，嘉峪关诗句名句赞美用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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