宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)1dm等于多少cm 1dm等于多少m波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)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种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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