宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物姚笛为文章打过几次胎，文章和姚笛生孩子了嘛质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的姚笛为文章打过几次胎，文章和姚笛生孩子了嘛光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数(sh姚笛为文章打过几次胎，文章和姚笛生孩子了嘛ù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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