宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命2022年中本贯通上海有哪些学校，中本贯通上海有哪些学校分数的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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