宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān瓦格纳是哪个国家的，瓦格纳集团是什么组织)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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