宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差这都有水了还说不想要，啊怎么这么多水啊异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(这都有水了还说不想要，啊怎么这么多水啊jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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