宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

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于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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