宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)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(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良进化的广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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