宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这三件套是哪三件意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)三件套是哪三件2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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