宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(l迪奥丝绒和哑光有什么区别，迪奥丝绒和哑光哪种好看ì)学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(d迪奥丝绒和哑光有什么区别，迪奥丝绒和哑光哪种好看e)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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