宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人老师上课说脏话犯法吗，老师上课骂脏话违法吗认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也老师上课说脏话犯法吗，老师上课骂脏话违法吗在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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