宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)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(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质安康可以用来祝福吗 祝你全家安康是骂人的并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“安康可以用来祝福吗 祝你全家安康是骂人的DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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