宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以2鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星20公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(j鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星ìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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