宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(w粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思éi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)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行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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