宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)柿饼有酒味还能不能吃了，柿饼有酒味还能不能吃了呢说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fā柿饼有酒味还能不能吃了，柿饼有酒味还能不能吃了呢ng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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