宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的东隅已逝桑榆非晚是什么意思尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng东隅已逝桑榆非晚是什么意思)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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