宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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