宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。<外国人吃米饭吗，外国人是不是不吃米饭/p>

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)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，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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