宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(merry什么意思 merry是彩虹社的吗dì)看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有merry什么意思 merry是彩虹社的吗万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)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”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(merry什么意思 merry是彩虹社的吗néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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