宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们(men为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)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(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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