宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(l周冬雨高考成绩是多少分，周冬雨高考分数是多少iàng)并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y周冬雨高考成绩是多少分，周冬雨高考分数是多少轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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