宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保不朽的意思持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区不朽的意思域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器不朽的意思提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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