宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(无丝竹之乱耳的之是什么用法，无丝竹之乱耳的之是什么词性lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(w无丝竹之乱耳的之是什么用法，无丝竹之乱耳的之是什么词性ù)质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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