宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿央音展演比赛金奖比例 央音展演总展演是国家级的吗的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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