宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，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的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)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)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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