宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“明星死了 现在是替身，哪个明星的替身死了暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环明星死了 现在是替身，哪个明星的替身死了(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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