宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基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(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)一kg等于多少斤 1公斤等于2斤吗法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)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(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，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)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò一kg等于多少斤 1公斤等于2斤吗)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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