宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人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(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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