宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”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(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是(shì)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。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一百万美元宝贝真实事件，百万美元宝贝真实事件是真的吗(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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