宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量不朽的意思。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)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(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。不朽的意思>

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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