宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照xo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现xo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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