宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超白面水鸡是几级保护，白面水鸡是保护动物吗过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)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，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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