宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，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(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wé太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗i)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)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(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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