宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗立(lì)了(le)一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的家雀是国家几级保护动物 大山雀是国家二级保护动物吗诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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