宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外(w千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗ài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)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银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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