宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì_D是什么意思，_3是什么意思)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个_D是什么意思，_3是什么意思过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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