宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ钠的摩尔质量是多少，碳酸钠的摩尔质量)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(z钠的摩尔质量是多少，碳酸钠的摩尔质量hì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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