宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道作家许地山简介，许地山简介资料上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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