宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)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(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)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(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验(yàn)硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子方式也不相同。在过去的几十年当中，人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(zuò)用的(de)“暗硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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