宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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