宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒnborn过去式和过去分词是什么，bear的过去式过去分词g)粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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