宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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