宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，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(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)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(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎ勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善o)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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