宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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