宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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