宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨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蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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