宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通打男人脸男人会恨你吗，男人会记得打他脸女人过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小打男人脸男人会恨你吗，男人会记得打他脸女人时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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