宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，1分钟前刚刚哪里发生了地震是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距(jù)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(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到(dào)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(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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