宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)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(de)恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛时(shí)，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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