宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星重孙子又叫什么，重孙的孙子叫什么系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)重孙子又叫什么，重孙的孙子叫什么提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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