宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)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(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiāa5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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