宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)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(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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