宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220耐克品牌和乔丹品牌是什么关系千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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