宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(脱销什么意思啊，什么叫做脱销xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质脱销什么意思啊，什么叫做脱销效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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