宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(善作善成意思久久为功，善作善成意思是什么bǐ)如(rú)在(zài)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(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背善作善成意思久久为功，善作善成意思是什么景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)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)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质(善作善成意思久久为功，善作善成意思是什么zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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