宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)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(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zh1米等于多少厘米换算表，一米等于多少厘米换算单位ì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xi1米等于多少厘米换算表，一米等于多少厘米换算单位ǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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