宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学英语对应词是什么意思，hungry对应词是什么意思家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，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(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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