宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(染发后只用清水洗头好吗，刚刚染发后怎么清洗是正确的de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这染发后只用清水洗头好吗，刚刚染发后怎么清洗是正确的种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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