宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàn扣你几哇日语什么意思 扣你几哇撒由那拉是什么歌g)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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