宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn酸笋可以直接吃吗，酸笋可以直接吃吗有毒吗)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍酸笋可以直接吃吗，酸笋可以直接吃吗有毒吗。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使(酸笋可以直接吃吗，酸笋可以直接吃吗有毒吗shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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