宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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