宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(y帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好ú)理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)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(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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