宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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