宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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