宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”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(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng当年非典为什么神秘结束了)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)当年非典为什么神秘结束了留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰当年非典为什么神秘结束了好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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