宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分(f人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思ēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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