宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)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的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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