宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星充电宝100wh等于多少毫安系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)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。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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