宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵2020双十一狂欢夜节目单，2020双十一狂欢夜节目单了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)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(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以102020双十一狂欢夜节目单，2020双十一狂欢夜节目单00万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)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测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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