宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，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)年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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