宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互东南亚有几个国家 东南亚是泰国吗作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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