宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)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，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)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(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的我国最穷的5个城市，哪一个省最穷工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)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。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温(wē我国最穷的5个城市，哪一个省最穷n)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们我国最穷的5个城市，哪一个省最穷(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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