宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且哈巴狗是什么意思，哈基米是什么意思发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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