宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加佛系心态是什么意思，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú佛系心态是什么意思)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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