宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(三衢道中古诗曾几的几,怎么读，曾几的三衢道中的意思yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàn三衢道中古诗曾几的几,怎么读，曾几的三衢道中的意思g)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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