宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中35c到底有多大，35c是多少(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(sh35c到底有多大，35c是多少àng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)35c到底有多大，35c是多少会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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