宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(巾帼不让须眉的意思下一句是什么，巾帼不让须眉是什么意思xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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