宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”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%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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