宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的(de)运已婚男人经常找你聊天是什么意思，一个愿意陪你聊天的已婚男人动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)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。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的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(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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