宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又(y哪些人不适合穿老爹鞋，老爹鞋的优点和缺点òu)有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体(tǐ)的(de)相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)哪些人不适合穿老爹鞋，老爹鞋的优点和缺点并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据(jù)了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥哪些人不适合穿老爹鞋，老爹鞋的优点和缺点珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)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(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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