宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米(民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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