宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(ch推动人类社会发展的第一动力是什么 推动人类社会发展的第一动力是生产力éng)的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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