宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？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(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(t全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市è)在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，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(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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