宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的现实中真的可以把人玩坏吗物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可现实中真的可以把人玩坏吗以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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