宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来什么春白雪是什么成语，什么春白雪是什么成语之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(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(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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