宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是(shì)超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xi谢娜给刘烨打过几次胎，谢娜和刘烨怀孕过吗ǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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