宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de四大灵猴的兵器叫什么名字)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射(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(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作(zuò四大灵猴的兵器叫什么名字)用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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