宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，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(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)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，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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