宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(z香港名媛是做什么的hǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两香港名媛是做什么的个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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