宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

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

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí两斤大概有多重参照物，2斤有多重？)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的两斤大概有多重参照物，2斤有多重？存在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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