宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(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(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解无锡市是几线城市释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了(le)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(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shà无锡市是几线城市ng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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