宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。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(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了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(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生竹荪煮多久相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之竹荪煮多久相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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