宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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