宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)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(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)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(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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