宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中50只芦丁鸡一年利润，一只芦丁鸡成本利润存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu50只芦丁鸡一年利润，一只芦丁鸡成本利润)当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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