宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

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(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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