宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升耐克品牌和乔丹品牌是什么关系到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年耐克品牌和乔丹品牌是什么关系，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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