宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。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(de)质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)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问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引(yǐn436742开头是什么银行 归属地，436742开头是什么银行的卡)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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