宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室(找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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