宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力(lì)在(z发字有几画，发字有几画五行什么ài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团(t发字有几画，发字有几画五行什么uán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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