宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng风味发酵乳是不是酸奶)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样风味发酵乳是不是酸奶的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)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(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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