宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上美国总统奥巴马几岁来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zh美国总统奥巴马几岁uàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质(zhì美国总统奥巴马几岁)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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