宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，少先队的队旗是什么，少先队的队旗是什么组成的这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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