宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运折叠小刀哪个快递可以邮寄的 折叠小刀是管制刀具吗行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒ折叠小刀哪个快递可以邮寄的 折叠小刀是管制刀具吗u)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)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(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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