宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异纪梵希口红属于什么档次，一张图看懂口红档次常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(纪梵希口红属于什么档次，一张图看懂口红档次zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(y纪梵希口红属于什么档次，一张图看懂口红档次ī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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