宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最天津面积多少平方公里好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xi天津面积多少平方公里āng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)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(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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