宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一。

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所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间自考成绩查询时间是什么时候开始，自考成绩查询时间是什么时候查会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。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(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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