宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(z乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思ài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(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(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，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)已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)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(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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