宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)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(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài1ma等于多少a，1ua等于多少a)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(1ma等于多少a，1ua等于多少ayuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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