宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)大学专业分流什么意思啊，什么叫大学专业分流在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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