宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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