宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可干腊肉特别硬怎么处理，腊肉太干太硬变软小妙招见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)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质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解干腊肉特别硬怎么处理，腊肉太干太硬变软小妙招释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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