宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)5戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班0次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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