宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系180kg等于多少斤 180kg等于多少磅团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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