宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳阿富汗玉为什么便宜，阿富汗玉为什么不值钱系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí阿富汗玉为什么便宜，阿富汗玉为什么不值钱)验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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