宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)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(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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