宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作正三角形也叫什么形，正三角形有什么性质？方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳正三角形也叫什么形，正三角形有什么性质？的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小正三角形也叫什么形，正三角形有什么性质？跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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