宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，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正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)孕妇咳黄痰几天能自愈，白痰和黄痰哪个严重么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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