宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)丽水在哪里哪个省份哪个市，浙江丽水在哪里种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离丽水在哪里哪个省份哪个市，浙江丽水在哪里地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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