宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng张大大到底是什么来头)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里张大大到底是什么来头的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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