宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们(men)在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与2l是多少斤 2l是多少kg中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)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(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)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在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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